DE2418032B2

DE2418032B2 - Drehkolbenverdrängungsmaschine

Info

Publication number: DE2418032B2
Application number: DE19742418032
Authority: DE
Inventors: Alfred Ibragimovitsch Abaidullin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-04-17
Filing date: 1974-04-13
Publication date: 1980-01-10
Also published as: DE2418032C3; DE2418032A1; SE418984B; GB1448157A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenverdrängungsmaschine mit innerer Verdichtung für kompressible Medien in einem Gehäure mit einem Saug- und einem Druckstutzen mit Kämmeingriff zwischen einem in dem Gehäuse umlaufenden antreibenden Geradzahndrehkolben, welcher zwischen den Zähnen auf der zylindrischen Oberfläche Vorsprünge aufweist, und einem von diesem über ein Zahnradgetriebe angetriebenen Geradzahndrehkolben, dessen Zähne an ihrer in Laufrichtung gesehen vorderen Kante bis zur Gehäuseinnenfläche reichen und anschließend an ihrer zylindrischen Außenfläche jeweils eine Lücke aufweisen, die zum Druckausgleich zwischen je einem Hohlraum des antreibenden und des angetriebenen Geradzahndrehkolbens während der Verdichtung des Mediums dient und in die jeweils einer der Vorsprünge des antreibenden Geradzahndrehkolbens eingreift und dabei den Druck- und den Saugraum der Maschine voneinander trennt, wobei die axiale Breite der Vorsprünge der axialen Breite der Lücken entspricht und an den Stirnflächen des Gehäuses zwei mit dem Druckstutzen in Verbindung stehende Druckfenster angeordnet sind.

Eine Drehkolbenverdrängungsmaschine dieser Bauart ist aus der GB-PS 9 92 226 bekannt. Die bei Maschinen dieser Art stattfindende innere Verdichtung macht sie geeignet zur Förderung des Mediums auch gegen höhere Gegendrücke, während einfache Gebläse, ζ. D. Roots-Gebläse, ohne innere Verdichtung nur bei geringeren Gegendrücken mit zufriedenstellenden Wirkungsgraden arbeiten. Die vorliegend betrachtete Maschinengattung findet Verwendung z. B. zur Drucklufterzeugung für den Antrieb von pneumatischen Werkzeugen, zur Aufladung von Verbrennungsmotoren oder auch als Entspannungsmaschine bei der Verflüssigung von Gasen.

Bei der bekannten Ausbildung ist die axiale Breite der Vorspränge sowie der Lücken gleich der gesamten

to axialen Erstreckung der Geradzahndrehkolben, d. h. die Vorspränge und die Lücken erstrecken sich von der einen Stirnfläche des Gehäuses zur anderen. Nachteilig ist dabei ein verhältnismäßig niedriger Wirkungsgrad aufgrund ziemlich hoher Strömungsverluste, was dadurch bedingt ist, daß die Größe der Druckfenster in den Stirnflächen des Gehäuses beschränkt ist. Diese Beschränkung ergibt sich daraus, daß die radial äußere Begrenzung der Druckfenster nicht in den Bereich der Lücken hineinragen darf, weil sonst der Effekt der inneren Verdichtung zunichte gemacht würde. Die Druckfenster müssen aiso in einem gewissen Abstand von dem Außendurchmesser des Gehäuses enden, wobei die Größe dieses Abstandes einen Kompromiß darstellt zwischen der Forderung nach niedrigen Verlusten beim Ausschieben des Mediums in den Druckstutzen, die durch Vergrößerung der Druckfenster befriedigt werden könnte, welche aber notwendigerweise eine Verkleinerung der Lücken des angetriebenen Geradzahndrehkolbens bedingen würde, und der Forderung nach niedrigen Verlusten beim Druckausgleich zwischen den Hohlräumen des antreibenden und des angetriebenen Geradzahndrehkolbens während der Verdichtung, die durch Vergrößerung der Lücken befriedigt werden könnte, was wiederum eine Verkleinerung der Druckfenster erzwingen würde.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Drehkolbenverdrängungsmaschine der eingangs vorausgesetzten Bauart mit verringerten Strömungsverlusten und dadurch vtTbesse*tem Wirkungsgrad, insbesondere im Bereich größerer Druckerhöhungsgrade.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß die Lücken an der zylindrischen Außenfläche der Zähne des angetriebenen Geradzahndrehkolbens an den beiden Stirnflächen der Zähne durch den Zahnkörper begrenzt und die Druckfenster an den Stirnflächen des Gehäuses gehen in zusätzliche, an der zylindrischen Oberfläche des Gehäuses im Bereich des Zahnkörpers der Zähne des angetriebenen Geradzahndrehkolbens angeordnete Druckfenster über.

Bei einer solchen Ausbildung können beide der vorstehend aufgezeigten und bei der bekannten Ausbildung einander widersprechenden Forderungen befriedigt werden und es werden erheblich verbesserte Wirkungsgrade erzielt. Dabei können die Druckfenster in den Stirnflächen des Gehäuses nicht nur bis an den Außendurchmesser des Gehäuses heranreichen, sondern sogar noch in die zusätzlichen Druckfenster in der zylindrischen Oberfläche des Gehäuses übergehen.

An sich ist aus der GB-PS 6 81 038 eine Drehkolbenmaschine bekannt, bei der Geradzahndrehkolben Verwendung finden, die seitliche Wangen besitzen, mit denen während des Umlaufs der Kolben Fenster in der Stirnfläche des Gehäuses abwechselnd freigegeben und überdeckt werden. Hier geht es allerdings um eine Drehkolbenverbrennungsmaschine, bei der der Durchtritt des Strömungsmediums durch die Fenster mittels der Wangen gesteuert wird, um aufeinanderfolgend eine

Ansaugphase, eine Verdichtungsphase, eine auf die Zündung erfolgende Expansionsphase und eine Ausstoßphase zu verwirklichen. Um eine Verdichtermaschine und deren Wirkungsgrad geht es von vornherein nicht

Darüber hinaus ist diese bekannte Maschine von ziemlich komplizierter Konstruktion und jeder Geradzahndrehkolben hat nur an einer Stirnseite eine Wange, was zu großen in Axiairichtung wirkenden Kräften führt Dabei unterscheidet sich auch schon die Gestalt von Kolben und Wangen erheblich von den Formen, die bei der vorliegend einschlägigen Maschinengattung notwendig sind.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles weiter erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Drehkolbenverdrängungsmaschine im Schnitt durch die Achse des angetriebenen Geradzahndrehkolbens;

F i g. 2 den Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1;

F i g. 3 das Zusammenwirken zwischen antreibenden und angetriebenem Geradzahndrehkolben in perspektivischer Darstellung;

F i g. 4 den Schnitt nach Linie IV-IV der F i g. 2 bei der Stellung der Geradzahndrehkolben im Augenblick des Beginns der inneren Verdichtung des Arbeitsmediums in deren Hohlräumen;

F i g. 5 den Schnitt nach Linie V-V der F i g. 2 bei der Stellung der Geradzahndrehkolben im Augenblick des Beendens der inneren Verdichtung des Arbeitsmediums und des Ausschiebens in den Druckstutzen;

F i g. 6 ausschnittweise die Lage der Geradzahndrehkolben im Augenblick des Beendens des Ausschiebens des Arbeitsmediums.

Die Drehkolbenverdrängungsmaschine, beispielsweise ein Verdichter, besitzt ein Gehäuse t mit einem Saugstutzen 2 und einem Druckstutzen 3. Der Druckstutzen 3 hat Verbindung mit zwei Druckfenstern 4, von denen jedes in einer der Stirnflächen des Gehäuses ι ausgeführt ist und die in zusätzliche Druckfenster 31 übergehen, die in der an die Stirnflächen des Gehäuses angrenzenden Umfangsfläche desselben ausgeführt sind.

Innerhalb des Gehäuses 1 sind in Lagern 5 ein antreibender Geradzahndrehkolben 6 und ein angetriebener Geradzahndrehkolben 7 angeordnet. Diese sind kinematisch verbunden mittels eines Zahnradgetriebes aus zwei Verbindungsrädern 8 und 9. Das Verbindungsrad 8 sitzt auf der Welle 10 des antreibenden Geradzahndrehkolbens 6 und das Verbindungsrad 9 auf der Welle 11 des angetriebenen Geradzahndrehkolbens 7. Die Verbindungsräder 8 und 9 gewährleisten ein berührungsfreies Ineinandergreifen der Zähne der Gerad/.ahndrehkolben 6 und 7.

Der antreibende Geradzahndrehkolben 6 hat zwei Zähne 14 und weist auf jeder zylindrischen Oberfläche 12 zwischen diesen je einen Vorsprung 13 auf.

Der angetriebene Geradzahndrehkoiben 7 hat drei Zähne 15 und weist in jeder zylindrischen Außenfläche 16 derselben eine Lücke 17 auf, die gebildet ist durch eine kurz hinter der in Drehrichtung, die durch einen Pfeil A in F i g. 3 angedeutet ist, vorderen Kante jedes Zahns 15 beginnende zurückspringende Umfangsfläche und seitlich begrenzt ist durch wangenartige Bereiche des Zahnkörpers.

Die Lücke 17 dient zum Druckausgleich zwischen dem Hohlraum 18 (F ij. 4) des angetriebenen Geradzahndrehkolbens 7 und dem Hohlraum 19 des antreibenden Geradzahndrehkolbens 6 während der Verdichtung des Arbeitsmediums; dabei ist der Hohlraum 18 von der Lücke 20 zwischen den Zähnen 15 und der Innenfläche 21 des Gehäuses 1 und der Hohlraum 19 von der Lücke 22 zwischen den Zähnen 14 und der innenfläche des Gehäuses 1 gebildet.

Die Größe des Vorsprungs 13 an der zylindrischen Oberfläche 12 des antreibenden Geradzahndrehkolbens

ίο 6 entspricht der Größe der Lücke 17 in der zylindrischen Außenfläche 16 des Zahns 15 des angetriebenen Geradzahndrehkolbens 7, so daß bei der Drehung der Kolben der Vorsprung 13 in die Lücke 17 eingreift und das Gebiet der Druckerhöhung vom Sauggebiet trennt Der Betrieb der beschriebenen Drehkolbenverdrängungsmaschine verläuft wie folgt:

Die Welle 10 (F i g. 2) des antreibenden Geradzahndrehkolbens 6 wird von einem nicht gezeigten Motor angetrieben. Die Drehung wird über das Verbindungs-

rad 8 zum Verbindungsrad 9 auf ;ler Welle 11 des angetriebenen Geradzahndrehkolbtns 7 übertragen. Bei der Drehung der Drehkolben 6 und 7 füllt das Arbeitsmedium aus dem Saugstutzen 2 die Lücke 20 des angetriebenen Drehkolbens 7 und die Lücke 22 des antreibenden Drehkolbens 6.

Bei der Lage der Geradzahndrehkolben 6 und 7, die in F i g. 4 wiedergegeben ist, ist eine Lücke 22 vom Saugstutzen 2 abgetrennt, was dem Augenblick des Beginns der Verdichtung des Arb~itsmediums entspricht. Bei weiterer Drehung der Geradzahndrehkolben 6 und 7 dringt ein Zahn 15 des angetriebenen Geradzahndrehkolbens 7 in die Lücke 22 ein, so daß dich der von ihr gebildete Hohlraum 19 verkleinert und die Verdichtung des Arbeitsmediums stattfindet.

Wenn der vordere Rand des Zahns 15 unter dem Kamm 27 des Gehäuses 1 durchgelaufen ist, erhält die Lücke 17 Verbindung mit dem Hohlraum 19, so daß der Ausgleich des ansteigenden Drucks in den Hohlräumen 19 und 18 stattfinden kann. Die weitere Verdichtung des Arbeitsmediums erfolgt gleichzeitig in den beiden H-.hlräumenl8undl9.

In dem Augenblick, der in Fig. 5 dargestellt ist, erreicht der Hohlraum 18 des angetriebenen Geradzahndrehkolbens 7 die Ränder 28 der Druckfenster 4, wodurch die innere Verdichtung des Arbeitsmediums aufhört und dessen Ausschieben in den Druckstutzen 3 beginnt. Durch die Lage der Ränder 28 der Druckfenster 4 ist konstruktiv vorgegeben, wie weit die innere Verdichtung gehen soll. Dies hängt vom Gegendruck ab, gegen den der Verdichter im Betrieb fördern soll.

Der Ausschiebevorgang ist beendet, wenn die Geradzahndrehkolben die in Fig.6 gezeigte Lage erre-chen, d. h. wenn der Hohlraum 18 die hinteren Ränder 29 der Druckfenster 4 verläßt, wodurch er vom Druckstutzen 3 wieder getrennt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist das verdichtete Medium durch den Zahn 14 des antreibenden Geradzahndrehkolbens 6 vollständig aus dem Hohlraum 18 in die Druckfenster 4 verdrängt.

Die Kontur der Auslaßöffnung des Gehäuses, das heißt die Berandung der Druckfenster 4 mit den zusätzlichen Druckfenstern 31, ist in F i g. 3 strichpunktiert angedeutet, um zu zeigen, daß zum Ausschieben des verdichteten Mediums recht große Strömungsquerschnitte zur Verfugung stehen. Hierdurch werden entsprechend geringe Strömungsverluste und damit gute Wirkungsgrade erzielt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Drehkolbenverdrängungsmaschine mit innerer Verdichtung für kompressible Medien in einem Gehäuse mit einem Saug- und einem Druckstutzen mit Kämmeingriff zwischen einem in dem Gehäuse umlaufenden antreibenden Geradzahndrehkolben, welcher zwischen den Zähnen auf der zylindrischen Oberfläche Vorspränge aufweist, und einem von diesem über ein Zahnradgetriebe angetriebenen Geradzahndrehkolben, dessen Zähne an ihrer in Laufrichtung gesehen vorderen Kante bis zur Gehäuseinnenfläche reichen und anschließend an ihrer zylindrischen Außenfläche jeweils eine Lücke aufweisen, die zum Druckausgleich zwischen je einem Hohlraum des antreibenden und des angetriebenen Geradzahndrehkolbens während der Verdichtung des Mediums dient und in die jeweils einer der Vorsprünge des antreibenden Geradzahndrehkolbens eingreift und dabei den Druck- und den Saugraum der Maschine voneinander trennt, wobei die axiale Breite der Vorspränge der axialen Breite der Lücken entspricht und an den Stirnflächen des Gehäuses zwei mit dem Druckstutzen in Verbindung stehende Druckfenster angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lücken (17) an der zylindrischen Außenfläche der Zähne (15) des angetriebenen Geradzahndrehkolbens (7) an den beiden Stirnflächen der Zähne (15) durch den Zahnkörper begrenzt sind und die Druckfenster (4) an den Stirnflächen des Gehäuses (1) in zusätzliche, an der zylindrischen Oberfläche des Gehäuses (1) im Bereich des Zahnköroers der Zähne (15) des angetriebenen Geradzahndreh¹ olbens (7) angeordnete Druckfenster (31) übergehen.